CN115962727A - 一种多源数据融合的gis母线舱位移形变监测与预警平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多源数据融合的GIS母线舱位移形变监测与预警平台，属于形变监测与预警技术领域。一种多源数据融合的GIS母线舱位移形变监测与预警平台，其特征在于：包括传感器组系统，与所述传感器组系统连接的无线传输系统，与所述无线传输系统连接的数据处理系统，所述无线传输系统包括数据采集模块、信息传输模块，所述数据处理系统包括信息化处理平台、客户端。针对GIS母线舱位移形变的形成机制，建立一种系统化、实时监测、数据采集、多数据源整合、分析处理为一体的综合化实验分析平台，对可能造成GIS母线舱的形变位移量影响因素进行全面的数据采集和计算，实现多波动量因素对GIS母线舱位移量影响的准确评估和预判。

Description

一种多源数据融合的GIS母线舱位移形变监测与预警平台

技术领域

本发明属于形变监测与预警技术领域，具体涉及一种多源数据融合的GIS母线舱位移形变监测与预警平台 。

背景技术

母线舱是GIS的重要组成部分，多段母线舱通过分段拼接的方式进行安装，并在各段的连接处加装波纹补偿器以补偿设备制造、土建基础、安装等产生的误差，以及运行中温度变化产生的热胀冷缩、基础不均匀沉陷、断路器操作时的瞬间振动、遇到地震力作用等因素造成的母线舱水平位移和垂直位移。环境温度急剧变化情况下，波纹补偿器频繁承受时而拉伸、时而收缩、时而扭曲的变化，容易引起疲劳，致使母线舱上安装的伸缩节不能完全补偿热胀冷缩变化，导致舱体焊缝开裂、气体泄漏、对地放电击穿、母线连接处拔出或顶死等现象，最终造成设备损坏甚至人员伤害。而母线故障将直接影响电网供电，造成大面积限电、停电。

例如：我市某500kV变电站运行人员巡视时发现一段母线舱由于位移过大，导致变形严重，导致漏气。由于发现及时，未造成重大损失及影响。事后分析原因，故障正是由于母线舱间安装的伸缩节不能完全补偿热胀冷缩变化引起的。

目前，我国尚无标准的在线监测和预警母线舱应力过量解决方案，对母线舱位移形变的成因也没有明确的量化标准；只能在母线舱发生故障后，通过故障痕迹判断其成因，不能起到预防的作用。通过本项目的研究与实际应用，实时监测GIS母线舱的运行状态和运行环境，并记录统计大量的数据，在保障GIS母线舱安全运行的同时，为分析和防范GIS母线舱位移形变成因提供科学的数据依据。因此，开展对母线舱位移形变监测和预警，并采集大量数据的在线实时监测工作是非常有必要的。

如专利CN 106403827 A、包括摄像头、LED灯，采用发射性光源和图像对比技术相结合，受摄像头分辨率、图像识别技术、空气中水分含量的影响会造成较大偏差，装置尺寸较大且安装成本高不利于大规模使用。如专利CN 106787164 A、光照强度对母线仓的影响，体现在母线仓内部电器元件的温度上，并不是唯一决定性因素，采用单纯逆推法采集的数据，相对置信率较低，容易造成数据偏差，误导相对性因素对GIS母线舱内变量的判断。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，设计一种实时对母线仓内置传感器的实时数据采集传输及数据分析处理的装置，涉及多学科、多领域，横跨数个专业的一种多源数据融合的GIS母线舱位移形变监测与预警平台。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种多源数据融合的GIS母线舱位移形变监测与预警平台，包括传感器组系统，与所述传感器组系统连接的无线传输系统，与所述无线传输系统连接的数据处理系统，所述传感器组系统包括设置在GIS母线舱内不同节点单元上的传感器模块，所述传感器模块包括位移传感器、温度传感器、振动传感器、湿度传感器，所述无线传输系统包括数据采集模块、信息传输模块，所述数据处理系统包括信息化处理平台、客户端。

所述GIS母线舱采用多段拼接方式连接，所述GIS母线舱间使用波纹补偿器、伸缩节连接固定。

所述伸缩节或所述波纹补偿器上固定所述位移传感器，所述位移传感器包括磁带式、光电式、电位器式、霍尔式、线绕式、激光式、电容式、电感式、变压器式、激光位移式传感器，所述振动传感器包括振动传感单元A和振动传感单元B，所述振动传感单元A安装在所述GIS母线舱上的连接口端上，所述振动传感单元B安装在所述波纹补偿器上，所述温度传感器固定在所述GIS母线舱内的电子元器件单元上，所述湿度传感器固定在所述GIS母线舱内单段作业单元的进风管口处、电子元器件单元上、排风口处。

所述位移传感器、所述温度传感器、所述振动传感器、所述湿度传感器均为所述传感器模块中的基础执行单元，所述基础执行单元内置电源，所述传感器模块与所述数据采集模块采用光纤介质类通信线路连接，所述传感器模块中的所述基础执行单元将采集到的数据信息传输到所述数据采集模块中。

所述数据采集模块包括连接口端、PLC程控板、内存颗粒、A/D模数转换器，所述PLC程控板实现对所述传感器模块发送信息的调控，所述内存颗粒存储必要数据信息资料，所述数据采集模块中的所述基础执行单元在所述传感器组系统中设置一个对应的元件编号存储在所述内存颗粒中，所述PLC程控板将所述传感器模块中的所述基础执行单元发送的模拟信号转换为电信号并根据所述内存颗粒中存储的对应信息将把所述基础执行单元的类型及序号分别赋值为其前缀识别编号，将每组所述数据采集模块分别设置一个对应的模块编号，所述模块编号包括所述数据采集模块位于所述GIS母线舱上的序列号、所述数据采集模块的经纬度及高度的坐标编号。

所述信息传输模块包括信号放大器、天线，所述PLC程控板实现对所述传感器模块发送信息的调控，所述信号放大器增强从所述数据采集模块发出的信号强度，所述天线将有线信号转换为无线电磁波信号发出。

所述数据处理系统通过所述无线传输系统实现对所述传感器组系统反馈数据的实时监测，所述数据处理系统将接收到所述传感器组系统反馈数据标注接收时间点后存储到所述数据处理系统中的所述信息化处理平台中。

所述信息化处理平台包括数据交互端口、主机、数据存储库，所述数据交互端口包括信号中继器、路由器，所述主机包括电脑、服务器，所述数据存储库包括磁盘阵列架、磁带存储库。

所述客户端包括可外接式控制面板、显示器、预设在所述信息化处理平台内的不同权限账号及对应秘钥、与电网管理平台连接的预设接口。

进一步的，在传统的GIS母线舱位移监测、运行状态监测、位移形变量形成因素数据采集及计算方法的基础上进行技术升级。在原有电气设备元件较大、数据交互标准杂乱、数据信息采集存在较大偏差、续航时间较短和缺乏导向性管理平台的缺陷下，呈现出小模块、信息置信系数较低、缺少扩展式连接口端的缺陷，对组网运行带来难以估量的先天性缺陷。

进一步的，对比已有的装置及其运行机制，在满足“智能电网”发展的历史必然趋势下，依托信息化数据平台建设规划为基准，充分利用新兴形势下5G+数据发展战略规划、节点式电子单元的技术升级和统一标准的传输协议为依托，建设出一套具备完善运行机制GIS母线舱位移形变监测与预警平台。

进一步的，立足于电力通信IEC 61850协议、IEC61850通信模型、IEC 60870-5系列的基本标准为基础，进一步推进继高压、特高压电网为突破点的国际标准，形成链路式闭环处理平台。极大的提高了在国网远距离输电领域下，对电力智能化系统的全覆盖，极大地降低了国际客户的后期维护成本及由于标准不统一造成误报。

进一步的，完善传感器组系统的信息采集机制，主要包括：

测量母线舱对地的相对位移；

测量母线舱发生的形变；

测量母线舱端头和弯管处的受力情况；

测量母线舱舱体关键部位的温度及环境温度；

测量母线舱舱体关键部位所受光照强度；

测量变电站降雨强度及降雨发生的时刻。

进一步的，优化数据传输机制和数据处理平台，从单一数据来源及专用性设备到开放式智能传输处理平台发展，在国家宏观调控的基础上，为智能化电网的建设有针对性研发出一种多源数据融合的GIS母线舱位移形变监测与预警平台。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

优化GIS母线舱位移形变监测与预警平台的运行机制，采用节点式连接设计和模块化基础单元组合，使装置具备良好的扩展性，可根据不同的需求选择对应的配套元件数量，适用于样本量不同的监测环境。

在GIS母线舱设置波纹补偿器、伸缩节双重连接设计，降低连接结构的负载应力，提高使用寿命，保障在单一结构损坏的前提下，GIS母线舱保持一定的连接功能，提高设备的安全性。

丰富传感器模块中电气元件的种类及数量，并对其位置进行优化布局，在考虑GIS母线舱原有功能及保障机制的运行原理前提下，针对该影响因素的形成数据进行多节点采集，为数据处理提供的信息来源。

传感器模块内置电源，确保在供电不稳的极端天气条件下，高效运行。采用光纤介质类传输，降低传输线路的相对比重，防止GIS母线舱工作条件下的高频电磁干扰。

完善身份指令识别机制，实现从点对点到多对多的交错式传输平台，降低数据传输中的丢包率，实现由线路信道管理到权限式秘钥管理的升级。增设信号放大器，提高信息传输模块的信号覆盖范围及抗电磁干扰能力。

数据处理系统以信息化处理平台为依托，实现大容量存储和实时调控分析的双轨制并行原则，实现多端口的智能监测、预警平台。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

图1：本发明实施例1的连接原理示意图；

图2：本发明实施例2采用多点式数据交互端口的连接原理示意图；

图3：本发明实施例3位移传感器的安装示意图；

图4：本发明实施例3激光传感器的结构示意图；

图5：本发明整体的连接结构示意图；

图6：本发明传感器模块和无线传输系统的结构示意图；

图7：本发明数据处理系统的结构示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例和附图进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。

实施例1

如图1所示，一种多源数据融合的GIS母线舱位移形变监测与预警平台，包括传感器组系统，与所述传感器组系统连接的无线传输系统2，与所述无线传输系统2连接的数据处理系统3，所述传感器组系统包括设置在GIS母线舱内不同节点单元上的传感器模块1，所述传感器模块1包括位移传感器11、温度传感器12、振动传感器13、湿度传感器14，所述无线传输系统2包括数据采集模块21、信息传输模块22，所述数据处理系统3包括信息化处理平台31、客户端32。

所述GIS母线舱采用多段拼接方式连接，所述GIS母线舱间使用波纹补偿器、伸缩节连接固定。

所述伸缩节或所述波纹补偿器上固定所述位移传感器11，所述位移传感器11包括磁带式、光电式、电位器式、霍尔式、线绕式、激光式、电容式、电感式、变压器式、激光位移式传感器，所述振动传感器13包括振动传感单元A和振动传感单元B，所述振动传感单元A安装在所述GIS母线舱上的连接端口上，所述振动传感单元B安装在所述波纹补偿器上，所述温度传感器12固定在所述GIS母线舱内的电子元器件单元上，所述湿度传感器14固定在所述GIS母线舱内单段作业单元的进风管口处、电子元器件单元上、排风口处。

所述位移传感器11、所述温度传感器12、所述振动传感器13、所述湿度传感器14均为所述传感器模块1中的基础执行单元，所述基础执行单元内置电源，所述传感器模块1与所述数据采集模块21采用光纤介质类通信线路连接，所述传感器模块1中的所述基础执行单元将采集到的数据信息传输到所述数据采集模块21中。

所述数据采集模块21包括连接口端211、PLC程控板212、内存颗粒213、A/D模数转换器214，所述PLC程控板212实现对所述传感器模块1发送信息的调控，所述内存颗粒213存储必要数据信息资料，所述数据采集模块21中的所述基础执行单元在所述传感器组系统中设置一个对应的元件编号存储在所述内存颗粒213中，所述PLC程控板212将所述传感器模块1中的所述基础执行单元发送的模拟信号转换为电信号并根据所述内存颗粒213中存储的对应信息将把所述基础执行单元的类型及序号分别赋值为其前缀识别编号，将每组所述数据采集模块21分别设置一个对应的模块编号，所述模块编号包括所述数据采集模块21位于所述GIS母线舱上的序列号、所述数据采集模块21的经纬度及高度的坐标编号。

所述信息传输模块22包括信号放大器221、天线222，所述信号放大器221增强从所述数据采集模块21发出的信号强度，所述天线22将有线信号转换为无线电磁波信号发出。

所述数据处理系统3通过所述无线传输系统2实现对所述传感器组系统反馈数据的实时监测，所述数据处理系统3将接收到所述传感器组系统反馈数据标注接收时间点后存储到所述数据处理系统3中的所述信息化处理平台31中。

所述信息化处理平台31包括数据交互端口311、主机312、数据存储库313，所述数据交互端口311包括信号中继器、路由器，所述主机312包括电脑、服务器，所述数据存储库313包括磁盘阵列架、磁带存储库。

所述客户端32包括可外接式控制面板、显示器、预设在所述信息化处理平台31内的不同权限账号及对应秘钥、与电网管理平台连接的预设接口。

所述模块编号标识在所述GIS母线舱上铭牌下侧。

所述无线传输系统2连接所述GIS母线舱内的供电接口。

所述GIS母线舱上的单位节点上设置序列号。

所述传感器组系统包括若干个所述传感器模块，所述传感器模块包括若干个所述基础执行单元。

采用模块化设计，可根据GIS母线舱数据采样的具体要求，进行对应选择基础执行单元进行组合装配，提高装置的普适性降低成本。

使用时，先对GIS母线舱上的单位节点按照序列号进行编号。根据单位节点上所需采集数据信息的要求，选择对应种类及数量的基础执行单元，基础执行单元经效验无误后，方可安装在GIS母线舱内完成传感器模块1的安装。

在GIS母线舱内安装无线传输系统2，并与GIS母线舱内的供电接口连接，取下无线传输系统2上的天线222并与电脑相连接，将预先规划好的模块编号经PLC程控板212存储在内存颗粒213上。天线222重装在无线传输系统2上后，与传感器模块1相连接，对传感器模块1中的基础执行单元到无线传输系统2的检测机制进行测试，当接收到对应的反馈信息后，证明传感器模块1与无线传输系统2连接正常，进行模块编号的备案记录。

依此类推，实现GIS母线舱上的传感器组系统、无线传输系统2的安装。

将模块编号的备案记录存储进数据处理系统3中的信息化处理平台31内，即完成装置的安装。

由传感器组系统经无线传输系统2反馈的数据信息在信息化处理平台31汇总处理，并由操作人员通过不同权限等级的客户端32实现平台化控制。

实施例2

如图2所示，本实施例提供在实施1的基础上进行优化。

所述数据交互端口311包括分布在不同位置上的数据信息接收终端。

提高信号传输的稳定性，采用多点式数据交互端口311设计，适用于样本量不一致或分布不均匀的GIS母线舱，便于安装降低成本。

实施例3

如图3、4所示，本实施例提供在实施1的基础上进行优化。

所述位移传感器11包括激光传感器。

所述激光传感器包括激光发生器111、反射板、夹具115。

将传感器和反射板通过夹具115分别夹持在固定底座上，反射板包括平面反射面112、斜面反射面113、斜面反射面114，为方便数据处理，这里选择夹角为450的直角斜面。激光发生器111发射光平行且垂直于平面反射面112，并分别照射在3个面的几何中心上。当两个被测物发生相对位移时，测得3个激光传感器的位移分别是L2、L3、L4，其中下标分别对应（反射面），则被测物的三维位移量分别为LX= L3- L2,LY= L4- L2,LZ= L2。

设计一种专用的位移传感器11，使其具备更好地适应特性。本方案采用非接触式的激光传感器，以及巧妙地应用了三角形变换，能够稳定、精确、快速地监测GIS母线舱在三维方向上的位移形变。

实施例4

所述数据处理系统3与气象雨量站的降雨量统计系统相连接。

所述数据处理系统3与无人机监测机制相连接。

所述传感器模块1包括损坏报警电气元件，所述损坏报警电气元件安装在所述波纹补偿器、所述伸缩节上。

所述损坏报警电气元件包括导线丝、断电闭合阀、电源，所述导线丝粘贴固定在底部的电气元件上。

实现降雨量对GIS母线舱内温度影响因素初步评估，完善多环节温度及湿度变化机制。

当出现采集到的数据信息呈现较大偏差时，连接无人机进行图像识别复检，确认是否出现外壳由于不确定因素损坏。

当波纹补偿器、伸缩节损坏时，导线丝断开供电，断电闭合阀自动闭合发出对应的数据信息，经无线传输系统2反馈到数据处理系统3内的信息化处理平台31中，并通过客户端32发出提示。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种多源数据融合的GIS母线舱位移形变监测与预警平台，其特征在于：包括传感器组系统，与所述传感器组系统连接的无线传输系统，与所述无线传输系统连接的数据处理系统，所述传感器组系统包括设置在GIS母线舱内不同节点单元上的传感器模块，所述传感器模块包括位移传感器、温度传感器、振动传感器、湿度传感器，所述无线传输系统包括数据采集模块、信息传输模块，所述数据处理系统包括信息化处理平台、客户端。

2.如权利要求1所述的一种多源数据融合的GIS母线舱位移形变监测与预警平台，其特征在于：所述GIS母线舱采用多段拼接方式连接，所述GIS母线舱间使用波纹补偿器、伸缩节连接固定。

3.如权利要求2所述的一种多源数据融合的GIS母线舱位移形变监测与预警平台，其特征在于：所述伸缩节或所述波纹补偿器上固定所述位移传感器，所述位移传感器包括磁带式、光电式、电位器式、霍尔式、线绕式、激光式、电容式、电感式、变压器式、激光位移式传感器，所述振动传感器包括振动传感单元A和振动传感单元B，所述振动传感单元A安装在所述GIS母线舱上的连接口端上，所述振动传感单元B安装在所述波纹补偿器上，所述温度传感器固定在所述GIS母线舱内的电子元器件单元上，所述湿度传感器固定在所述GIS母线舱内单段作业单元的进风管口处、电子元器件单元上、排风口处。

4.如权利要求1所述的一种多源数据融合的GIS母线舱位移形变监测与预警平台，其特征在于：所述位移传感器、所述温度传感器、所述振动传感器、所述湿度传感器均为所述传感器模块中的基础执行单元，所述基础执行单元内置电源，所述传感器模块与所述数据采集模块采用光纤介质类通信线路连接，所述传感器模块中的所述基础执行单元将采集到的数据信息传输到所述数据采集模块中。

5.如权利要求4所述的一种多源数据融合的GIS母线舱位移形变监测与预警平台，其特征在于：所述数据采集模块包括连接口端、PLC程控板、内存颗粒、A/D模数转换器，所述PLC程控板实现对所述传感器模块发送信息的调控，所述内存颗粒存储必要数据信息资料，所述数据采集模块中的所述基础执行单元在所述传感器组系统中设置一个对应的元件编号存储在所述内存颗粒中，所述PLC程控板将所述传感器模块中的所述基础执行单元发送的模拟信号转换为电信号并根据所述内存颗粒中存储的对应信息将把所述基础执行单元的类型及序号分别赋值为其前缀识别编号，将每组所述数据采集模块分别设置一个对应的模块编号，所述模块编号包括所述数据采集模块位于所述GIS母线舱上的序列号、所述数据采集模块的经纬度及高度的坐标编号。

6.如权利要求5所述的一种多源数据融合的GIS母线舱位移形变监测与预警平台，其特征在于：所述信息传输模块包括信号放大器、天线，所述信号放大器增强从所述数据采集模块发出的信号强度，所述天线将有线信号转换为无线电磁波信号发出。

7.如权利要求1所述的一种多源数据融合的GIS母线舱位移形变监测与预警平台，其特征在于：所述数据处理系统通过所述无线传输系统实现对所述传感器组系统反馈数据的实时监测，所述数据处理系统将接收到所述传感器组系统反馈数据标注接收时间点后存储到所述数据处理系统中的所述信息化处理平台中。

8.如权利要求1所述的一种多源数据融合的GIS母线舱位移形变监测与预警平台，其特征在于：所述信息化处理平台包括数据交互端口、主机、数据存储库，所述数据交互端口包括信号中继器、路由器，所述主机包括电脑、服务器，所述数据存储库包括磁盘阵列架、磁带存储库。

9.如权利要求1所述的一种多源数据融合的GIS母线舱位移形变监测与预警平台，其特征在于：所述客户端包括可外接式控制面板、显示器、预设在所述信息化处理平台内的不同权限账号及对应秘钥、与电网管理平台连接的预设接口。

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